Оборудование для бестраншейной разработки грунта способом прокола

В зависимости от применяемых нажимных приспособлений, передающих усилий на про­кладываемый трубопровод, различают не­сколько разновидностей прокола труб: с помо­щью домкратов, грунтопрокалывающих стан­ков, лебедок, тракторов, трубоукладчиков, бульдозеров и т. п. Прокладываемые в толще грунта трубы для уменьшения сопротивления и снижения сил трения при вдавливании трубы в грунт снабжают специальными наконечника­ми, закрепляемыми на переднем конце труб. Чаще всего применяют конусные наконечники

(рис. 12.1, я—и) и расширительные пояса с за­глушками (рис. 12.1, р, ф). При небольшой дли­не прокола трубы прокладывают открытым концом (рис. 12.1, к).

Тип и конструкцию вдавливающего меха­низма, способного развить требуемое усилие, выбирают в соответствии с необходимым рас­четным усилием вдавливания, которое зависит от диаметра и длины прокладываемого трубо­провода, а также вида грунта. Необходимое на­жимное усилие для продвижения в грунте про­кладываемой трубы определяют расчетом.

Для подбора оборудования при разработке грунта под дорогами способом прокола требу­ется определить необходимое нажимное усилие гидромкратов Р, для чего можно воспользовать­ся формулой

где R — радиус сечения отверстия (скважины) в грунте при проколе труб; ст_упл — коэффи­циент сопрогивления грунта, МПа; U₀ — пористость грунта до прокола труб; q_T — масса 1 м трубы (кожуха или футляра), кг; L — длина прокола, м; f — коэффициент трения стали о грунт.

Приблизительные нажимные усилия, кото­рые должны быть приложены к трубам (кожу­хам) разных диаметров при их прокладке про­колом на длину до 50 м, определяют по графи­ку на рис. 12.2. Затем принимают необходимое число гидродомкратов для силовой установки и выбирают тип упорной стенки.

Для прокола труб чаще всего применяют нажимные насосно-домкратные установки, со­стоящие из одного или двух спаренных гидрав­лических домкратов типа ГД-170 с усилием до 170 тс каждый, смонтированный на общей раме. Штоки домкратов обладают большим свободным ходом (до 1,15—1,3 м). Раму с дом­кратами устанавливают на дне рабочего котло­вана, из которого ведут прокол. Рядом с кот­лованом на поверхности размещают гидравли­ческий насос высокого давления — до 30 МПа (300 кгс/см²).

Трубу вдавливают циклически путем попе­ременного переключения домкратов на прямой и обратный ход. Давление домкратов на трубу передается через наголовник сменными на­жимными удлинительными патрубками, шом­полами или зажимными хомутами. При приме­нении нажимных удлинительных патрубков длиной 1, 2, 3 и 4 м после вдавливания трубы в грунт на длину хода штока домкрата (напри­мер, 1 м) шток возвращают в первоначальное положение и в образовавшееся пространство вставляют другой патрубок удвоенной длины и так продолжают до тех пор, пока не закончат прокол первого звена трубопровода (обычно длиной 6 м). Затем к нему приваривают второе звено и указанные операции повторяют до тех пор, пока не будет завершен прокол всего тру­бопровода.

Шомпола делают из труб с отверстиями по бокам, расстояния между которыми соответ­ствуют длине хода штоков домкратов. Шомпо­ла бывают внутренние, двигающиеся внутри прокладываемой трубы, и наружные, охватыва­ющие трубу снаружи. Шомпола жестко крепят­ся к напорной балке домкратов, давление от которых к трубам передается через фланец-шайбу и стальной стержень диаметром 50 мм с рукоятью, вставляемый поочередно в сквозные попарно расположенные отверстия.

ливания звена одновременно с обратным ходом штоков домкратов шомпол выдвигается назад, стержень переставляют в очередное отверстие, и цикл повторяется до тех пор, пока все звено не внедрится в грунт. Затем к нему приварива­ют следующее звено, и его также вдавливают с помошью того же шомпола и т. д. Механичес­кий прокол труб с помощью домкратов возмо­жен в песчаных и глинистых грунтах без твер­дых включений.

На рис. 12.3, а показана наиболее распро­страненная схема бестраншейной прокладки труб (кожухов) способом прокола с примене­нием гидродомкратной установки и комплекта нажимных патрубков. Такие установки, как правило, комплектуются самими строительны­ми организациями.

Для бестраншейной прокладки стальных труб диаметром 104—630 мм на длину до 80 м в грунтах I—IV групп (без крупных включений) способом прокола применяют установки ГПУ-600 (рис. 12.3, б). Установка работает по прин­ципу «шагающих домкратов», что позволяет значительно сократить время рабочего цикла. Вначале путем включения маслостанции гид­родомкратами продвигают подвижную нажим­ную плиту с прокладываемой трубой на длину ода штока домкратов (1,2 м). Затем, после окончания рабочего цикла, подвижной упор освобождают и обратным ходом домкратов подтягивают его вслед за прокладываемой тру­бой по рельсовому пути. Указанные операции

повторяют до полного внедрения в грунт пер­вого звена прокладываемой трубы, после чего подвижной упор, салазки с домкратами и на­жимную плиту возвращают по рельсам в исход­ное положение. Далее монтируют второе звено трубы, и цикл работ повторяют и так до полного прокола всего трубопровода.

С помощью прокольной установки Главмосстроя можно прокалывать трубы диаметром 209—426 мм на длину до 45 м в грунтах I—IV групп независимо от его влажности. Установка работает, как и установка ГПУ-600, по принци­пу «шагающих домкратов».

Гидропроколом трубы прокладывают с ис­пользованием кинетической энергии струи воды, выходящей под давлением из располо­женной впереди трубы специальной конической насадки. Струя воды, выходящая из насадки под

давлением, размывает в грунте отверстие диа­метром до 500 мм, в котором прокладывают трубы. Удельный расход воды при этом зависит от скорости струи, напора воды и категории проходимых грунтов.

Вода под напором в горизонтальную сква­жину подается центробежными насосами, а от­качка воды из котлована производится грязе­выми (грунтовыми) насосами. Длина проходок зависит от свойств грунта и диаметра труб. Для труб 100—200 мм максимальная длина скважин достигает 30—40 м, а для труб диаметром 400— 500 мм — до 20 м. Наиболее целесообразно применять гидропрокол в легко размываемых (песчаных, супесчаных) грунтах; меньший эф­фект достигается в глинистых грунтах.

При гидропроколе трубу подают вперед ле­бедкой, согласуя при этом скорость подачи тру­бы со скоростью образования скважины, что очень важно. Если скорость подачи трубы будет превышать скорость образования скважины, то конусная насадка может забиться грунтом, а при недостаточной скорости подачи в скважи­не могут образоваться каверны. При гидропро­коле необходимо чаще, чем при любом другом виде прокола, проверять уклон трубы, так как при малейшем отклонении возникают искрив­ления скважины.

Преимущества гидропрокола — относи­тельная простота ведения работ и довольно высокая скорость образования скважины (до 30 м/смену). Существенными его недостатками являются сравнительно небольшая протяжен­ность проходки (до 20—30 м), возможные от­клонения от проектной оси и сложные условия работы вследствие загрязненности рабочего котлована. Поэтому гидропрокол целесообраз­но применять при бестраншейной прокладке труб через различные фунтовые преграды пре­имущественно в полевых условиях трассы, при достаточной обеспеченности водой и наличии необходимых мест для сброса пульпы вблизи производства работ.

Бестраншейную прокладку трубопровода в несвязных песчаных, супесчаных и плывун­ных грунтах ускоряют способом вибропроко­ла. В установках для вибропрокола применяются возбудители продольно направленных коле­баний.

Способом вибропрокола можно не только прокладывать трубопроводы диаметром до 500 мм на длину 35—60 м при скорости проход­ки до 20—60 м/ч, но и извлечь их из грунта.

Наиболее эффективной является ударно-вибрационно-вдавливающая установка УВВГП-400 конструкции ВНИИГС. При использова­нии этой установки прокладываемую трубу (кожух) с закрепленным на одном конце ин­вентарным наконечником другим концом устанавливают в наголовнике ударной пристав­ки вибромолота (рис. 12.3, в). Под действием ударных импульсов в сочетании со статическим вдавливанием с помощью пригрузочного поли­спаста секция труб последовательно внедряет­ся в грунт.

Используется также универсальная вибро­ударная установка УВГ-51 (рис. 12.5, б) конст­рукции МИНХиГП им. И. М. Губкина, которая предназначена для прокладки труб диаметром до 530 мм способом прокола и диаметром 530­1020 мм способом виброударного продавлива­ния.

При необходимости обеспечения высокой точности проходки способом прокола (с со­блюдением заданного уклона трубопровода) осуществляют протаскивание труб (диаметром до 300 мм и длиной до 30 м) через направляю­щие пионерные скважины (пилот-скважины) с помощью каната и лебедки.

Для бестраншейной закрытой прокладки труб диаметром 63—400 мм широко применяют­ся механические грунтопрокладыватели и пнев­матические пробойники типов ПР-60 (СО-144), ИП-4605, ИП-4603, ПР-400 (СО-134) и М-130. Механические винтовые прокладыватели, ра­ботающие от двигателя внутреннего сгорания, могут прокладывать в глинистых грунтах трубо­проводы диаметром до 89—108 мм при макси­мальной длине прокола 50—80 м и средней ско­рости проходки 18—20 м/ч.

Пневмопроходка с помощью указанных пневмопробойников типа «Крот» применяется для устройства сквозных и глухих горизонталь­ных и наклонных скважин с уплотненными стенками диаметром 63—400 мм и длиной до 40-50 м, через которые прокладывают трубо­проводы. Пневмопробойник представляет со­бой самодвижущуюся пневматическую машину ударного действия. Его корпус является рабо­чим органом, образующим скважину, а удар­ник, размещенный в корпусе, совершает под действием сжатого воздуха возвратно-поступа­тельные движения и наносит удары по перед­нему торцу корпуса, забивая его в грунт. Обрат­ному перемещению корпуса препятствуют силы трения его о грунт. Благодаря осевой сим­метрии и значительной длине (1,4—1,7 м) пнев­мопробойник при движении в грунте сохраня­ет заданное направление.

Для устройства скважины пневмопробой­ник запускают в грунт из входного приямка в направлении приемного. В ходе движения пневмопробойник своим коническим перед­ним концом уплотняет грунт, раздвигая его в стороны, и образует скважину. Для восприятия усилий в момент запуска пневмопробойника из приямка и увеличения точности проходки ис­пользуют стартовые устройства, создающие силы трения на его корпусе (для пневмопро-бойников ИП-4603, ИП-4605) либо поджима­ющие его к забою (СО-134). Для уменьшения искривления скважины в сложных условиях и при значительной длине проходки к пневмо-пробойнику крепят специальную насадку — удлинитель. При обеспечении точного запуска пневмопробойника отклонение скважины от проектного положения на длине 20 м, как пра­вило, не превышает 0,2—0,3 м по вертикали и 0,05—0,1 м по горизонтали.

При проколе стальных труб с помощью пневмопробойников (рис. 12.3, г) их использу­ют в качестве ударного узла, присоединенного к заднему торцу трубы и забивающему ее в грунт. На переднем торце трубы крепят конус­ный наконечник. При этом возможны два ва­рианта технологии работ: забивка трубы в грунт и забивка ее в лидирующую скважину (в устой­чивых глинистых грунтах). При забивке трубы в грунт пневмопробойник присоединяют к зад­нему торцу трубы с помощью специальной пе­реходной втулки. Сварные стыки труб по мере их забивки обязательно усиливают продольны­ми накладками (4—6 шт. в зависимости от диа­метра) длиной 200—300 мм, расположенными равномерно по окружности. Особое внимание при стыковке следует обращать на соосность секций трубопровода.

С помощью пневмопробойника можно за­менять старые трубы подземной прокладки но­выми того же или большего диаметра. Для это­го первую секцию нового трубопровода присо­единяют к удаляемому (в случае разных диаметров — с помощью конического переход­ника), а старую трубу по мере выхода в прием­ный приямок обрезают и удаляют. Пневмопро-бойником можно также извлекать из грунта стальные трубы диаметром до 800 мм. Длина извлекаемых труб зависит от грунтовых усло­вий (сцепления грунта с поверхностью трубы). При извлечении труб из грунта пневмопробой­ник используют в качестве ударного механиз­ма, прикрепленного к переднему торцу трубы с помощью специального приспособления.